JP2003001427A - 耐コーキング性にすぐれた耐熱多層金属管とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ナフサクラッカーのエチレン管のような、高
温で炭化水素と接触するため、炭素の析出・堆積や浸炭
が生じやすい条件下に使用する耐熱金属管の性能を向上
させ、耐コーキング性にすぐれ、従って耐浸炭性も良好
な耐熱多層金属管を、簡単な工程で実現して提供するこ
と。 【解決手段】 耐熱性金属の管基材（１）の炭化水素に
接触する面に、肉盛り溶接、とくに溶加材として粉末を
使用するプラズマ・トランスファー・ウエルディングに
より、Ｃｒ−Ｎｉ系合金の肉盛り層（２）を設けて多層
金属管とする。肉盛り層を形成する合金として、重量で
Ｃｒを３５％以上含有し、Ｎｉ％≧０．５Ｃｒ％である
Ｃｒ−Ｎｉ系合金が好適である。Ｎｉの一部はＣｏで置
き換えることができる。ＣｒとＮｉを除く成分の総量を
２０％以下に抑制することが好ましい。より好ましく
は、ＣｒとＮｉを除く成分の総量を１０％以下に抑制
し、最も好ましくは、ＣｒとＮｉを除く成分の総量を５
％以下に抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐コーキング性に
すぐれた耐熱多層金属管と、その製造方法に関する。本
発明の耐熱多層金属管は、高温かつ炭化性の環境で使用
する装置を構成する管の材料として好適である。

【０００２】

【従来の技術】浸炭焼入れ炉の熱放射管、熱分解反応炉
とくにエチレン、プロピレンまたはオフガスの製造装置
のクラッキングチューブ、ガス分解変性炉たとえばメタ
ノール製造装置やアンモニアガス発生装置の部品、コー
クス炉や石炭ガス処理のための高温ＣＯガス管などは、
耐熱性と並んで、コーキングおよび炭化に対する耐性が
高いことが要求される。コーキングは、炭化水素の熱分
解により炭素が生成して金属の表面に析出し、堆積する
現象であり、金属管内の流路断面積の減少を引き起こ
し、さらには閉塞に至るトラブルの原因となる。金属の
炭化は、表面から炭素が侵入して拡散により内部に進む
浸炭現象である。これは、コーキングに続いて生じるこ
ともあるし、雰囲気から直接行われることもあるが、い
ずれにしても炭化に伴う耐食性の低下がもたらす腐食の
進行、管内径の縮小、さらには脆化が引き起こす破損
は、装置にとって致命的である。

【０００３】上に列挙したような用途に使用する金属管
としては、まずＣｒ−Ｎｉ系耐熱合金の単層管がある。
既知の材料の一群は、特開平５−９３２４０、同７−１
１３１３９、同７−２５８７８２、および同７−２５８
７８３に開示された４０〜５０％Ｃｒ−Ｎｉ系のもの
で、高温強度を確保するために０．１〜０．５％のＣお
よび０．２％以下のＮを含有し、さらに高温強度を増強
する成分として、Ａｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，ＺｒおよびＷの少
なくとも１種を添加した合金組成を有する。いまひとつ
は、特開平５−１３４４に開示の合金鋼を代表とするも
ので、同様に高温強度を確保することを意図して、０．
０５〜０．３％のＣおよび０．１〜０．６％のＮを含有
させ、耐浸炭性を与える成分として５．０％以下のＳｉ
を添加し、さらに加工性を改善する目的で、０．４％以
下のＭｎおよび０．００１〜０．０２％のＭｇを添加し
た合金成分を特徴とする。

【０００４】このような合金組成は、高温強度を確保し
たり加工性を向上させる上では効果があるが、合金成分
が耐コーキング性や耐浸炭性をかえって阻害することも
あり、その観点からは十分満足な材料であるとはいえな
い。

【０００５】そこで、管を二重に構成して、内外管の一
方に高温強度を負担させ、他方に耐コーキング性や耐浸
炭性をもたせることが試みられている。そのひとつの手
法は「鋳ぐるみ鋳造法」であって、特開昭６０−１７０
５６４は、とくに曲管部分の製造を意図して、加熱した
曲げ管を中子とし、砂型を外型としてそれらの間に溶湯
を注入して、曲げ管を鋳ぐるんだものを得る技術を開示
している。この技術の問題点は、溶湯と接触した中子が
一部溶融し、溶湯金属を汚染することである。また、鋳
造部分の肉厚が薄いと、溶湯の回りが不十分になって、
融合不良とかブローホールなどの欠陥を生じやすい。

【０００６】二重管の製造方法としては遠心鋳造法もあ
り、特開平５−９３２３８および同５−９３２４９に
は、遠心鋳造機にまず高ＮｉのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱
鋼の溶湯を入れて外管を鋳造し、ついでＣｒ−Ｎｉ系合
金の溶湯を注入して内管を積層鋳造することが提案され
ている。しかし、遠心鋳造を高い生産性をもって実施し
ようとするときは、外管が完全に凝固しないうちに内管
の溶湯を注入せざるを得ない。コーキングに関して、Ｆ
ｅは炭化水素の分解反応の触媒として働くので有害であ
ることがわかっているが、上記の合金組成の組み合わせ
においては、外管材料に含まれているＦｅが拡散して内
管表面に出ることが避けられず、高い耐コーキング性を
もつ積層管は実現できない。一方、外管が凝固した後に
内管を鋳造することは、凝固の過程で熱膨張−収縮の問
題から割れが生じやすく、実用的な歩留まりで管を製造
することは絶望的である。

【０００７】さらに別の二重管製造技術として、熱間押
出法によるクラッド管の製造が考えられる。特開平７−
１５０５５６には、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ系耐熱合金製の中
空ビレットの中に内管として適切な合金組成のビレット
を押し込んだものを、熱間ロール圧延で製管することを
提案している。しかし、現状では製造コストが高いた
め、クラッド管は、複合材料としては実用性に乏しい。

【０００８】耐熱強度の高い金属管の表面に高クロム含
有量の層を形成する技術として、インクロマイジング法
がある。しかし、この技術で形成できるクロムリッチ層
の厚さは、３０μｍから、高々５０μｍ程度であって、
表面が酸化や炭化で失われるような装置の構成部品に適
用するには限界がある。

【０００９】耐熱性と耐コーキング性とに関して最も過
酷な条件で使用される金属管の例として、ナフサをクラ
ッキングしてエチレンを製造するエチレン製造反応管
（以下「エチレン管」と略記する）を取り上げると、原
料ナフサは、外側からバーナーで加熱されたエチレン管
内を蒸気の形で通過し、熱分解を受ける。このとき、エ
チレン管は１１００℃を超える温度に加熱されるが、こ
の温度に耐える材料としては、ＨＫ−４０材、ＨＰ−４
０材およびＨＰ調整材があり、現に使用されている。こ
れらの合金は、１１００℃においても十分なクリープ強
度を示すが、炭素の析出・堆積と、浸炭によるエチレン
管の劣化は避けられない。堆積した炭素は、稼働を中断
して除去（デコーキング）しなければならないし、浸炭
による劣化が著しければ、交換しなければならない。デ
コーキングは、ナフサに代えて水蒸気をエチレン管に吹
き込み、炭素をガス化して取り去る作業であって、エチ
レン管は高温にさらされる。その間、エチレンの生産は
中断し、その一方でエチレン管の劣化は進む。

【００１０】１９９９年３月にヒューストンで開かれた
第１１回エチレンメーカー会議において、エチレン管の
改善策として、耐熱合金製の基材管の表面に、Ｃｒ−Ｓ
ｉ合金の層とＳｉ−Ａｌ合金の層からなる二重のコーテ
ィングを施すことが提案された。この手法は、耐コーキ
ング性の向上に効果があるが、コーティングを行なうに
当たって、金属粉末、セラミック粉末およびポリマーを
使用し、化学的な接着のための熱処理を行なって接着
層、拡散層および硬質非反応層の三層を形成し、かつ表
面を不活性化するなど、複雑な工程を必要とする。それ
ゆえ、製造コストは著しく高いものになる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した技術の現状から一歩前進し、高温かつ炭素の析出・
堆積や浸炭が生じやすい条件下で使用する耐熱金属管、
代表的にはナフサクラッカーのエチレン管の性能を向上
させ、耐コーキング性にすぐれ、従って耐浸炭性も良好
な耐熱多層金属管を、簡単な工程で実現して提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の耐コーキング性
にすぐれた耐熱多層金属管は、図１および図２に示すよ
うに、耐熱性金属管基材（１）の内面および外面の一方
または両方（図示した例では内面だけ）に、肉盛り溶接
によりＣｒ−Ｎｉ系合金の肉盛り層（２）を形成したこ
とを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施形態】管基材を形成する耐熱性金属は、製
品の耐熱多層金属管がその用途においてどの程度の耐熱
特性を要求されるかによって、耐熱鋼または耐熱合金と
呼ばれる合金の中から、適切なものを選択して使用すれ
ばよい。実用されている耐熱金属には、次のようなもの
がある： ・ ８％以上のＣｒを含有する鉄基合金、代表的な鋼種
は、ＳＵＳ４０３，ＳＵＳ４１０，ＳＵＳ３０４，ＳＵ
Ｓ３１６，ＳＵＨ３およびＳＵＨ４ ・ 耐熱鋳鋼、代表的にはＳＣＨ１５およびＳＣＨ１６ ・ ＨＫ材、とくにＨＫ−４０材（２５Ｃｒ−２０Ｎｉ
−０．４Ｃ） ・ ＨＰ材、とくにＨＰ−４０材（２５Ｃｒ−３５Ｎｉ
−０．４Ｃ） ・ ＨＰ調整材（２５Ｃｒ−３５Ｎｉ−０．４Ｃ−Ｎｂ
／Ｗ）

【００１４】肉盛り層を形成するＣｒ−Ｎｉ系合金は、
重量で、Ｃｒを３５％以上含有し、Ｎｉ％≧０．５Ｃｒ
％であることが好ましい。この合金組成を好ましいとす
る理由を、各成分のはたらきとともに説明すれば、次の
とおりである。

【００１５】Ｃｒ：３５％以上、好ましくは、４０％以
上。 耐酸化性を高める上で必要であるとともに、本発明で意
図する耐コーキング性の実現に、きわめて重要な元素で
ある。こうした効果を得るためには、Ｃｒ３５％以上の
添加が必要である。好ましくは、Ｃｒ：４０％以上であ
る。

【００１６】Ｎｉ：Ｎｉ％≧０．５Ｃｒ％、好ましく
は、Ｎｉ％＝１．０Ｃｒ％〜１．４Ｃｒ％。 ＮｉはＣｒとの共存においてオーステナイト組織を形成
しする。組織的安定性をはかり、耐浸炭性と耐コーキン
グ性を高める為には、Ｎｉ％≧０．５Ｃｒ％にする必要
がある。好ましくは、１．０Ｃｒ％〜１．４Ｃｒ％の範
囲である。

【００１７】Ｎｉの一部は、Ｃｏで置き換えることがで
き、置き換えても効果は変わらないか、場合によっては
耐コーキング性の一層の向上を得ることができる。もっ
とも、Ｃｏは材料としてはＮｉより高価であり、置き換
えの意義はそれほど高くないから、多量に置き換えるこ
とは得策とは限らない。通常はＮｉ量の１０％、高々５
０％止まりの置き換えが有利である。

【００１８】本発明の意図するより高い耐コーキング性
を確保するためには、肉盛り層を形成するＣｒ−Ｎｉ系
合金のＣｒとＮｉを除く成分（以下、不純物を含め第３
成分という。）のいくつかについて、その最大量を一定
のレベルに規制することが望ましい。具体的には、下記
の諸成分である。

【００１９】Ｆｅ：１０％以下、好ましくは５％以下、
より好ましくは１％以下 Ｆｅはコーキングを引き起こす成分であるから、極力低
い含有量にしないと、本発明で多層構成を採用した意義
が失われかねない。使用条件が比較的緩やかな製品を製
造する場合は、１０％まで許容できるが、そうでない場
合は、５％以下にしなければならない。とくにきびしい
場合は、１％以下に抑えたい。肉盛り金属であるＣｒ−
Ｎｉ系合金の製造に当たって、原料の吟味と母管からの
溶け込み量を少なくしないと、比較的多量のＦｅが混入
する可能性がある。製品に要求される性能とコストとの
バランスを考えて、不純物としてのＦｅ量を決定すべき
である。

【００２０】Ｍｏ：５％以下、好ましくは０．５％未満 Ｍｏは、肉盛り金属の溶接性が良好にする働きがある
が、溶接アークの十分なガスシールドと低速度溶接をす
れば、あえてＭｏを添加する必要はない。Ｍｏを添加す
る場合でも、過大に添加すると、高温における靱延性が
低下するから、５％以下に止めるべきである。とくに高
靱延性が要求される場合は、０．５％未満が好ましい。

【００２１】Ｃ：０．１％以下、好ましくは０．０３％
以下 通常、耐熱鋼においては、引張強度およびクリープ破断
強度を確保するため、ある程度のＣの存在を必要とす
る。ところが、Ｃは、耐食性および耐コーキング性にと
っては有害である。本発明の耐熱多層管では、強度は基
材管の方が担うから、肉盛り金属の方は、強度が高いこ
とを必要としない。それゆえ、Ｃｒ−Ｎｉ系合金中のＣ
は、極力低含有量とする。０．１％まで許容できるが、
好ましいのは０．０３％以下である。

【００２２】Ｓｉ：１．５％以下、好ましくは１．０％
以下 合金の溶製過程で脱酸剤として添加されるので、不可避
的に含まれる元素である。しかし、靱延性を損なうの
で、できるだけ低レベルにおさえたい。１．５％まで許
容できるが、１．０％以下にすることが好ましい。

【００２３】Ｍｎ：１．５％以下、好ましくは１．０％
以下 これも脱酸剤であるから、不可避的に含まれることが多
いが、耐コーキング性を高く保つためには、なるべく少
量にしたい。許容限度として１．５％の値を定めたが、
１．０％以下が好ましい。

【００２４】Ｎｂ：３％以下 Ｎｂは、クリープ強度を高める効果があるが、過度に添
加すると耐コーキング性を損なう虞があるので、添加す
る場合は３％以下が好ましい。

【００２５】Ｂ、Ｚｒ、ＲＥＭ Ｂ、Ｚｒ、ＲＥＭは、溶接性を改善する効果があり、耐
コーキング性および耐浸炭性を阻害しない量を添加でき
る。その量は、それぞれ、Ｂが０．０１５％以下、Ｚｒ
が０．０１５％以下、ＲＥＭが０．００２％以下が好ま
しい。

【００２６】好ましい態様においては、第３成分の総量
を、上記した成分はもちろんそれぞれの規制の範囲内と
し、２０％以下に抑制する。より好ましい態様において
は、第３成分の総量を１０％以下に抑制する。最も好ま
しい態様においては、第３成分の総量を５％以下に抑制
する。

【００２７】当業者には周知のことであるが、溶接を行
なって得られる溶着金属は、溶加材金属に基材金属が若
干溶けこんだ中間の合金組成をもったものになる。ま
た、溶加材金属中の低沸点成分は、溶接作業中に揮発し
て、溶着金属中での含有量が低下する。本発明の実施に
あたっては、こうしたことを考慮に入れて、溶加材金属
の合金組成を選択すべきである。

【００２８】肉盛り層の厚さは、少なくとも０．５ｍｍ
必要である。肉盛り溶接において、母材である耐熱金属
管から、Ｆｅをはじめとする好ましくない成分が肉盛り
層に混入してくるが、０．５ｍｍ以上の厚さがあれば、
混入の影響をすくなくすることができる。２層、３層の
多層肉盛溶接を行えば、更に、混入の影響を少なくでき
る。前記のエチレン管であれば、１．５〜２ｍｍ程度が
適切である。５ｍｍまたはそれ以上の厚さは、通常、必
要ではない。

【００２９】エチレン管におけるコーキングの発生にと
って、管材料の金属成分のほかに、表面の状態も重要な
因子であることがわかった。すなわち、コーキングを避
けるためには、炭化水素に接触する管の表面が平滑であ
ることが望ましい。この観点から、肉盛り層の表面を研
磨することが推奨される。研磨の程度は、最大アラサＲ
maxを１２μｍ以下にすることを目標として実施する。

【００３０】本発明において、耐熱多層金属管の製造手
段として採用した肉盛り溶接は、溶加材を、アーク、レ
ーザー光、電子ビームあるいは超音波をエネルギー源と
して加熱し、基材表面において溶融・凝固させることに
より、ある組成の金属の表面に、組成の異なる別の金属
の層が一体となって存在し、基材表面の一部または前部
を被覆した複合材をつくる技術である。２種の金属を複
合化する手段としては、肉盛り溶接のほかにも、ＨＩ
Ｐ、ＣＩＰ、爆発圧着、拡散接合、圧接などさまざまな
技術があるが、これらは必要とする設備の規模、生産性
などの観点から経済性が低く、実用的でない。肉盛り溶
接は、汎用性のある、比較的小規模の設備で実施でき、
製品品質の確保も容易であり、広く行われている。

【００３１】そのような肉盛り溶接の技術の中でも、本
発明にとって最適な技術は、プラズマ・トランスファー
・アーク溶接法、なかんずく溶加材として粉末を使用す
る溶接法である。この技術は、しばしば、「ＰＰＷ」
（プラズマ・パウダー・ウエルディングの略）と呼ばれ
るので、以下この略語を用いる。ガスシールドアーク、
ＴＩＧ、ＭＩＧなどアーク熱を利用する他の溶接法は、
電極と基材との間にアークを発生させてその熱を利用す
るため、基材の表面が深く溶融して溶加材金属の溶融物
と混合し、成分の混合割合にして１０〜３０％の汚染を
生じる。汚染が実質上ない肉盛り層を作ろうとすれば、
２層または３層以上の多層肉盛りをしなければならな
い。

【００３２】これに対し、プラズマ・トランスファー・
アーク溶接法は、熱源として高温の熱プラズマを利用す
るため、基材表面を深く溶融させることなく、従って基
材金属による溶加材金属の汚染を実質上避けて、肉盛り
溶接をすることができる。それゆえ、溶加材として使用
した合金の組成と溶着金属との間の、組成の差が小さく
てすみ、目標とする溶着金属の合金組成の実現が容易で
ある。プラズマ・トランスファー・アーク溶接によると
きは、基材表面に付着した不純物の精錬除去も期待でき
るし、不活性ガスで溶融池とその近傍を保護するため、
溶解した金属の空気による汚染が防げ、ブローローホー
ルなどの欠陥ができにくい。

【００３３】とりわけＰＰＷは、溶加材として粉末を使
用するから、溶加材をワイヤやロッドの形として用意す
る必要がなく、難加工材であっても問題なく実施でき
る。従って本発明の耐コーキング性にすぐれた耐熱多層
金属管の製造方法は、耐熱性金属管基材の内面および
（または）外面に、前記したＣｒ−Ｎｉ系肉盛り合金の
組成のいずれかを有する合金の粉末、または前記したＣ
ｒ−Ｎｉ系肉盛り合金の組成のいずれかを形成する成分
金属または合金の粉末を、プラズマ粉末溶接法により肉
盛り溶接し、肉盛り層を設けることを特徴とする。

【００３４】本発明の耐コーキング性にすぐれた耐熱多
層金属管の製造方法の好ましい態様は、上記の肉盛り溶
接に続いて、得られた肉盛り層の表面を研磨し、最大ア
ラサＲmaxを１２μｍ以下にする研磨工程を加えたもの
である。

【００３５】

【実施例】［実施例１］ 肉盛り層の合金組成と耐コーキング性との関係 肉盛り溶接用の合金粉末として、肉盛り層が表１に記載
した合金組成を与えるようなＣｒ−Ｎｉ系合金２４種を
溶製し、ガス噴霧−ガス冷却法で粉末化し、ふるい分け
し＋６０〜−２５０メッシュの範囲を集めた。比較例Ａ
の合金は、従来のＨＰＭ材と同等の合金組成を有する。
なお、目的の合金粉末を得るためには、上記のとおり溶
製による製造方法と異種粉末のブレンドによる方法があ
るが、酸素等の不純物が少ない粉末を得るためには、溶
製による製造方法が好都合である。

【００３６】

【表１】

【００３７】外径１０ｍｍ、内径４ｍｍ、長さ１．５ｍ
のＳＵＳ３４７製パイプの外周全面に、上記の肉盛り溶
接用の金属粉末をＰＰＷ法により肉盛り溶接して、厚さ
５ｍｍの肉盛り層を形成した。続いて、中心孔削孔機械
（ＢＴＡ）を用いて、この肉盛り溶接をしたパイプの中
心に径１４ｍｍの孔をあけることにより、基材にしたＳ
ＵＳ３４７製パイプ全体と、その外側に融着した肉盛り
層の一部を削り取り、外径２０ｍｍ、内径１４ｍｍ、長
さ１．５ｍの肉盛り金属単層の管を製造した。この肉盛
り金属の合金組成は、表１に示すとおりであった。

【００３８】肉盛り金属単層の管の内面を研磨して、最
大アラサＲmaxが３μｍ以下の平滑面とした。表１の実
施例Ｎｏ．３の組成の肉盛り合金で作った管は、内面を
研磨する度合いを調節して、Ｒmaxが３μｍ程度のも
の、２μｍ以下の極めて平滑な面をもつもの、７μｍま
たは１２μｍの、若干平滑さが低い面をもつものと、４
種用意した。

【００３９】このようにして得たＣｒ−Ｎｉ系合金の各
管を、エチレン製造用の実験炉に入れ、温度１１００℃
に加熱した状態で管内にナフサを気化させて得た蒸気を
流速０．５ｍ／秒で通過させる試験を、１００時間続け
た。これは、実操業における流速１５０ｍ／秒にくらべ
ると、ナフサ蒸気が通過する速度は１／３００の低速で
あり、長い炭化水素滞留時間と高速のガスによる吹き飛
ばし効果の大小とを考え合わせると、コーキングの発生
しやすさに関してはきわめて過酷な、促進試験に相当す
る。

【００４０】この流通試験の開始直後と終了直前とに、
管の入口におけるガス圧力を測定してその間の変化をし
らべ、式 （終了直前の圧力−開始直後の圧力）／（開始直後の圧
力）×１００（％）で定義される圧力変化率を算出し
た。

【００４１】流通試験が終わった管は、冷却後、重量を
量り、管の重量を差し引いた値を管内に堆積した炭素量
とした。１時間当たりの炭素堆積量を、上記の圧力変化
とともに、表２に示す。実施例Ｎｏ．３の肉盛り合金製
の管を使用して行なった、内面の平滑さの度合いがコー
キングに及ぼす影響の調査は、図３のグラフに示す結果
を与えた。

【００４２】つぎに、前記の肉盛り溶接−中心孔削孔に
より得たＣｒ−Ｎｉ系合金単層の管を、固形浸炭剤「Ｋ
Ｇ１３」（デグサ社製）とともに加熱炉に入れ、温度１
１００℃に２００時間加熱した。取り出して、浸炭層
（Ｃ量が２％以上増加した部分）の深さを測定した。そ
の結果を、あわせて表２に示す。

【００４３】

【表２】 耐コーキング性および耐浸炭性 耐コーキング性 耐浸炭性 区 分 Ｎｏ． 圧力変化(％) 炭素堆積量(g/hr) 評価 浸炭層深さ(mm) 実施例 １ ４ １．９ 良 ０．４ ２ ３ １．７ 良 ０．３ ３ １ １．２ 優 ０．１ ４ １ １．１ 優 ０．１ ５ ２ １．３ 優 ０．２ ６ ３ １．４ 優 ０．２ ７ ４ ２．０ 良 ０．３ ８ ４ １．９ 良 ０．３ ９ ３ １．６ 良 ０．２ １０ ３ １．５ 優 ０．２ １１ ３ １．７ 良 ０．２ １２ ４ １．９ 良 ０．１ １３ ４ ２．１ 可 ０．４ １４ ４ ２．０ 良 ０．３ １５ ３ １．６ 良 ０．２ １６ ３ １．７ 良 ０．２ １７ ４ ２．０ 良 ０．２ １８ ４ ２．１ 可 ０．１ １９ ５ ２．５ 可 ０．４ ２０ ５ ２．３ 可 ０．３ 比較例 Ａ １９ ３．５ 不可 ３．５ Ｂ １２ ３．３ 不可 ３．３ Ｃ １１ ３．１ 不可 １．５ Ｄ １１ ３．１ 不可 ２．１

【００４４】［実施例２］ ナフサクラッカーにおける
実機試験 実施例１において耐コーキング性および耐浸炭性を試験
したＣｒ−Ｎｉ系合金のうち、Ｎｏ．３、Ｎｏ．７、Ｎ
ｏ．１０、Ｎｏ．１５およびＮｏ．２０の材料として使
用した合金の粉末を選んで、ナフサクラッカーのエチレ
ン管に適用した。

【００４５】耐熱金属管基材として、従来エチレン管の
材料に使用されてきたＨＰ調整材（合金組成は０．４Ｃ
−１．２Ｓｉ−３４．９Ｎｉ−２５．０Ｃｒ−１．２Ｎ
ｂ）の外径９５ｍｍ、肉厚９ｍｍ（従って内径７７ｍ
ｍ）、長さ２ｍの管を使用し、その内側に、上記の各合
金を、厚さ２ｍｍに肉盛り溶接した。各管の肉盛り層表
面を研磨して、アラサを、Ｒmax≦３μｍにした。

【００４６】これらのエチレン管と比較のために肉盛溶
接を施さない上記ＨＰ調整材を、ナフサクラッカーに組
み込んで使用した。６０日にわたる連続操業を行なった
後、取り出して炭素の堆積量を測り、コーキング状況を
調べた。結果を表３に示す。

【００４７】

【表３】 肉盛り 炭素堆積量 合 金 （ｇ） Ｎｏ．３ ８４２ Ｎｏ．７ １４０３ Ｎｏ．１０ １０５３ Ｎｏ．１５ １２６４ Ｎｏ．２０ ２２３０ ＨＰ調整材 ５０５２

【００４８】

【発明の効果】本発明の耐熱多層金属管は、１１００℃
に及ぶ高温であって、かつコーキングや浸炭の生じやす
い使用条件で使用しても、耐高温クリープ性は基材とな
る耐熱性金属管によって確保され、耐コーキング性は基
材表面に肉盛り溶接したＣｒ−Ｎｉ系合金の層が担うこ
とにより、長期間連続使用しても表面に析出・堆積する
炭素の量は僅かであり、浸炭の進行もとるに足らない程
度である。肉盛り溶接をトランスファーアーク溶接、と
くにＰＰＷにより実施した好ましい態様によるときは、
肉盛り層の厚さが少なくとも０．５ｍｍあれば、十分な
耐コーキング寿命を得ることができる。このようにし
て、本発明の耐熱多層金属管はコーキングが生じにくい
ため、管表面においてコーキングがもたらす高いカーボ
ンポテンシャルに起因する浸炭は、原理的に防止され
る。雰囲気から直接行われる浸炭も、従来の材料より顕
著でないから、全体として、浸炭が引き起こす耐食性の
低下や脆弱化をおそれる必要がない。

【００４９】本発明の耐熱多層金属管の代表的な用途で
あるエチレン管において、コーキングは、炭化水素に接
触する管表面の平滑さを高めた好ましい態様により、い
っそう低減することができる。

【００５０】この耐熱多層金属管を製造する手段として
採用した肉盛り溶接、とくにＰＰＷは、設備的に大規模
のものや特殊な装置を必要とすることなく実施でき、工
程は単純であるから、コストも低廉ですむ。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の耐熱多層金属管の一例を示す縦断面
図。

【図２】 図１の耐熱多層金属管の横断面図。

【図３】 本発明の実施例において、肉盛り層表面の平
滑さが耐コーキング性に与える影響を示すグラフ。

【符号の説明】

１ 耐熱性金属の管基材 ２ Ｃｒ−Ｎｉ系合金の肉盛り層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土屋 允紀 三重県四日市市大字羽津3535−１ (72)発明者 冷水 孝夫 愛知県名古屋市天白区表山二丁目311番地 八事サ ンハイツ501 (72)発明者 田中 功 愛知県半田市花園町１丁目２番地の８ Ｆターム(参考） 4K044 AA03 AA04 AB03 BA02 BA06 BC02 BC11 CA11 CA24 CA34 CA44 CA67

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐熱性金属の管基材の内面および（また
   は）外面に、肉盛り溶接により、重量でＣｒを３５％以
   上含有し、Ｎｉ％≧０．５Ｃｒ％であるＣｒ−Ｎｉ系合
   金の肉盛り層を形成したことを特徴とする耐コーキング
   性にすぐれた耐熱多層金属管。
2. 【請求項２】 肉盛り層を形成しているＣｒ−Ｎｉ系合
   金に含まれるＣｒおよびＮｉを除く成分の総量を２０重
   量％以下に規制した請求項１の耐熱多層金属管。
3. 【請求項３】 肉盛り層を形成しているＣｒ−Ｎｉ系合
   金に含まれるＦｅの量を、重量で、１０％以下に規制し
   た請求項２の耐熱多層金属管。
4. 【請求項４】 肉盛り層を形成しているＣｒ−Ｎｉ系合
   金に含まれるＣｒおよびＮｉを除く成分の総量を１０重
   量％以下に規制した請求項１の耐熱多層金属管。
5. 【請求項５】 肉盛り層を形成しているＣｒ−Ｎｉ系合
   金に含まれるＦｅの量を、重量で、５％以下に規制した
   請求項４の耐熱多層金属管。
6. 【請求項６】 肉盛り層を形成しているＣｒ−Ｎｉ系合
   金に含まれるＣｒおよびＮｉを除く成分の総量を５重量
   ％以下に規制した請求項１の耐熱多層金属管。
7. 【請求項７】 肉盛り層を形成しているＣｒ−Ｎｉ系合
   金に含まれるＦｅの量を、重量で、１％以下に規制した
   請求項６の耐熱多層金属管。
8. 【請求項８】 肉盛り層を形成している合金が、その成
   分Ｎｉの一部をＣｏで置き換えた請求項１ないし７のい
   ずれかの耐熱多層金属管。
9. 【請求項９】 管基材を形成する耐熱性金属として、８
   ％以上のＣｒを含有する鉄基合金、耐熱鋳鋼、ＨＫ材、
   ＨＰ材およびＨＰ調整材から選んだものを使用した請求
   項１ないし８いずれかのの耐熱多層金属管。
10. 【請求項１０】 肉盛り層をプラズマ粉末溶接法により
    形成した請求項１ないし９のいずれかの耐熱多層金属
    管。
11. 【請求項１１】 肉盛り層の厚さが少なくとも０．５ｍ
    ｍある請求項１ないし１０のいずれかの耐熱多層金属
    管。
12. 【請求項１２】 肉盛り層の表面を研磨して、最大アラ
    サＲmaxを１２μｍ以下にした請求項１ないし７のいず
    れかの耐熱多層金属管。
13. 【請求項１３】 耐熱性金属管基材の内面および（また
    は）外面に、請求項１ないし９のいずれかに記載の合金
    組成を与えるＣｒ−Ｎｉ系合金の粉末、またはその成分
    金属もしくは合金の粉末を、プラズマ粉末溶接法により
    肉盛り溶接し、肉盛り層を設けることを特徴とする耐コ
    ーキング性にすぐれた耐熱多層金属管の製造方法。
14. 【請求項１４】 肉盛り溶接により得た肉盛り層の表面
    を研磨して、最大アラサＲmaxを１２μｍ以下にする研
    磨工程を加えた請求項１３の耐熱多層金属管の製造方
    法。